微硅加速度计的超精细加工

本文讨论了各向异性腐蚀的机理；硅的各向异性腐蚀设计；双面光刻等与微硅加速度计有关的超精细加工问题。     

硅微谐振加速度计的温度特性

硅微谐振加速度计以其小体积、低成本和高精度的频率信号输出,成为硅微惯性传感器研制的热点之一.温度特性是影响硅微谐振加速度计精度水平的重要因素.在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从结构设计方法、工艺流程加工和闭环控制回路方面分析了温度对零位和标度因数的影响因素,同时给出了相应解决措施.研制的硅微谐振加速度计基频约为17 kHz,标度因数约220 Hz/g,在-40~+70℃范围内,谐振频率的温度系数为-71.5×10-6/℃,标度因数的温度系数为-610×10-6/℃,样机在常温下谐振频率的相对稳定性为0.313×10-6,1.5 h 零偏稳定性达到42.5μg.     

基于闭环点位置控制的硅微梳齿式加速度计温漂抑制方法

环境温度的变化会造成硅微加速度计检测电路输出漂移,从而使加速度计敏感质量的闭环点位置产生漂移。通过分析闭环点位置对加速度计标度因素K1和零偏K0的影响,证明了闭环点位置漂移是造成零偏K0温漂的主要因素和标度因素K1温漂的次要因素。提出了加速度计闭环点位置控制方法,通过在环内加入控制电压可使闭环点始终工作于稳定位置。试验结果证明,该方法可显著降低零偏K0的温漂,闭环点始终位于零反馈位置时零偏K0的温漂系数可降低一个数量级,且温漂滞环可被压缩至±1 mV(±7.77 mg)以内。     

硅微谐振式加速度计数据采集系统设计

硅微谐振式加速度计能将被测加速度直接转换为稳定性和可靠性都很高的频率信号,因此可以获得优良的性能.高分辨率频率信号的获取需较长的测量时间,而在导航和姿态控制等应用中,测量时间一般又限定在较短的10 ms内.针对10 ms内对中心谐振频率为20 kHz、标度因数为100 Hz/g、量程为±50g.分辨率为±1mg的硅微谐振式加速度计输出的差分频率信号进行测量的要求,讨论荻取加速度测量值的数据采集系统的设计方法.介绍采用基于高速锁相环倍频和CPLD计数的频率测量方案和数据采集系统主要包括的整形电路、倍频电路、计数电路、微控制器和串行通信电路的设计方法.测试表明,设计的系统经达到了设计目标.     

高精度硅微谐振加速度计工程化设计与实现

硅微谐振加速度计因具有小体积优势和高精度潜力,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。工程化设计是硅微谐振加速度计从原理样机向成熟产品转化过程中的关键步骤之一。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从工程实用化设计角度出发,提出了一种高精度硅微谐振加速度计工程化设计方法。分别从系统设计、结构设计、控制电路设计和测试与补偿技术等方面进行了分析和对比,讨论了误差来源与改进方法。测试表明,设计的高精度硅微谐振加速度计质量块基频大于3 k Hz,谐振音叉中心频率约18 k Hz,标度因数大于100 Hz/g,量程±40 g,死区小于0.67 mg,带宽大于200 Hz,振动整流误差0.344 mg,零位一次通电稳定性优于50μg,测试结果基本满足工程化应用指标。     

三轴硅微静电加速度计的实验研究

静电加速度计依靠可控静电力将敏感质量无接触地悬浮在电极腔内,在空间微重力环境下通过降低带宽和量程可以实现极高的分辨率.设计了一种采用玻璃硅-玻璃“三明治”结构、环形敏感质量、体硅加工工艺的三轴硅微静电加速度计,对加速度计的力/力矩平衡回路进行了分析.采用基于DSP的数字控制器,实现了环形敏感质量的五自由度稳定悬浮,在大...     

硅微振梁式加速度计抗温漂的微结构及工艺设计

针对硅微振梁式加速度计输出频率随环境温度漂移的问题,提出了抗温漂的硅微结构设计方法及相关工艺,降低了环境温度对输出的影响,在室温条件即可达到一定精度。通过建立"硅-玻璃"和"玻璃-陶瓷"耦合模型,分析了造成硅微振梁式加速度计温度漂移的原因。然后提出了"抗温漂耦合设计"的微结构和"半粘结封装"的封装工艺,降低了耦合模型中的理论温漂。利用加工出的原理样机进行实验,结果显示,采用抗温漂结构设计及封装工艺的原理样机,输出频率的温漂系数为-3.5×10-6/℃,室温下零偏稳定性为72.0μg。实验验证了抗温漂理论的可行性,可以满足室温下高精度硅微振梁式加速度计的设计要求。     

闭环硅微加速度计非线性补偿（英文）

为了降低闭环硅微加速度计的非线性,分析了其主要误差源并提出了相应的补偿方法。首先,分析了闭环状态下检测质量块偏离几何中心位置所造成的非线性问题,并确定了电路零位是主要误差源;其次,利用闭环反馈控制进行了非线性的优化分析;最后,提出了非线性补偿的工程调试方法。离心试验结果表明,采用该调试方法可将加速度计的非线性减小一个数量级以上。该结果验证了非线性误差分析和补偿方法的有效性,且适用于同批次加工的其它加速度计。     

硅微谐振加速度计的模态分析与实验

针对硅微谐振加速度计在进行结构设计时,如何根据模态特性选取工作模态这一问题,比较分析了加速度计工作在两种不同振动模态下的性能参数。首先采用刚度法分析了谐振器的振动特性,得出能够反映谐振器振动状态的两种模态即同相振动模态和反相振动模态,结合理论推导和仿真结果得出两种振动模态下谐振频率差值与标度因数差值呈线性关系;其次通过分析两种振动模态下的能量分布情况,得出两种振动模态下谐振器的品质因数与振梁振动幅值之间的关系,同相模态振动一个周期所消耗能量约为反相模态所消耗能量的2倍;最后通过评估硅微谐振加速度计的噪声,阐明了两种振动模态下部分噪声分量不同的原因并进行了实验验证。实验结果表明,在相同驱动电压下,同相模态相比反相模态总体噪声增大25.7%。该研究为设计硅微谐振式加速度计时,确定谐振器的振动模态及驱动方案提供了参考依据。     

一种硅微型加速度计的制备与测试方法研究

本文介绍了硅微型扭摆式静电力平衡加速度计的工作原理、结构设计、制备技术及测试方法，这对于研制硅微型加速度计具有一定的参考价值。     

高精度硅微谐振加速度计频率测量输出电路

硅微谐振加速度计是一种频率输出的MEMS仪表,针对其差动频率输出的特点和对静态与动态高精度测试精度的要求,设计并实现了一种高精度频率输出电路,实现了差动频率的实时相减和静态与动态频率信号输出。对电路及仪表的精度进行了测试,测试结果表明,该电路稳定性可达到1×10-9,全温范围内(-40⁺70℃)非线性优于1×10-7,频率分辨率可达到1×10-5,测试精度满足仪表系统精度要求,使仪表更满足工程应用的条件。根据实际工程应用要求,还对该电路提出了抗干扰设计,进一步提高了该电路的工程应用可靠性。     

Adaptive neural output feedback control of nonlinear discrete-time systems

In this paper, a nonautonomous impulsive neutral-type neural network with delays is considered. By establishing a singular impulsive delay differential inequality and employing contraction mapping principle, several sufficient conditions ensuring the existence and global exponential stability of the periodic solution for the impulsive neutral-type neural network with delays are obtained. Our results can extend and improve earlier publications. An example is given to illustrate the theory.     

Event-triggered output feedback sliding mode control of mechanical systems

Nonlinear Dynamics - This paper is concerned with event-triggered sliding mode control (SMC) for uncertain mechanical systems subject to limited communication capacity. We consider the scenario...     

基于输出的建筑结构分散滑模控制

大尺度结构分解为多个低阶子结构,子结构间的相互作用视为作用于子结构的有界扰动。本文提出了一种基于部分位移、速度输出反馈的建筑结构分散控制方法。分析了输出坐标下子结构稳定滑模的存在条件,得到输出坐标下子结构稳定滑模面方程。建立了基于输出的稳定分散控制格式,其中控制力非线性部分保证结构全局状态收敛至设计的滑模面,线性部分使建筑结构闭环子结构系统渐进稳定。以一20层钢结构基准模型在地震激励下的控制为例,验证了该分散控制的有效性。研究表明,使用部分位移、速度输出信号可以设计基于全局稳定的建筑结构分散滑模控制。所提控制方法有效抑制了大尺度建筑结构振动响应,避免了滑模设计所需的复杂坐标变换,简化了基于输出的稳定滑模设计。     

Adaptive output feedback control of uncertain nonlinear chaotic systems based on dynamic surface control technique

In this paper, an adaptive output feedback control algorithm based on the dynamic surface control (DSC) is proposed for a class of uncertain chaotic systems. Because the system states are assumed to be unavailable, an observer is designed to estimate those unavailable states. The main advantage of this algorithm can overcome the problem of “explosion of complexity” inherent in the backstepping design. Thus, the proposed control approach is simpler than the traditional backstepping control for the uncertain chaotic systems. The stability analysis shows that the system is stable in the sense that all signals in the closed-loop system are uniformly ultimately bounded (UUB) and the system output can track the reference signal to a bounded compact set. Finally, an example is provided to illustrate the effectiveness of the proposed control system.     

Neural network-based adaptive output feedback formation control for multi-agent systems

This paper investigates the problem of output feedback formation tracking control for second-order multi-agent systems under an undirected connected graph and in the presence of dynamic uncertainties and bounded external disturbances. Two state tracking error measures (i.e., absolute and relative state tracking errors) are considered for each individual agent in the formation, and linear reduced-order observers are constructed based on the lumped state tracking errors which include absolute and relative state tracking errors. Chebyshev neural networks are used to approximate unknown nonlinear function in the agent dynamics on-line, and the implementation of the basis functions of Chebyshev neural networks depends only on the desired signals. The smooth projection algorithm is applied to guarantee that the estimated parameters remain in some known bounded sets. Numerical simulations are presented to illustrate the performance of the proposed controller.     

Fuzzy adaptive output feedback control for robotic systems based on fuzzy adaptive observer

In this paper, a fuzzy adaptive output feedback control scheme based on fuzzy adaptive observer is proposed to control robotic systems with parameter uncertainties and external disturbances. It is supposed that only the joint positions of the robotic system can be measured, whereas the joint velocities are unknown and unmeasured. First, a fuzzy adaptive nonlinear observer is presented to estimate the joint velocities of robotic systems, and the observation errors are analyzed using strictly positive real approach and Lyapunov stability theory. Next, based on the observed joint velocities, a fuzzy adaptive output feedback controller is developed to guarantee stability of closed-loop system and achieve a certain tracking performance. Based on the Lyapunov stability theorem, it is proved that all the signals in closed-loop system are bounded. Finally, simulation examples on a two-link robotic manipulator are presented to show the efficiency of the proposed method.     

旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法

旋转加速度计重力梯度仪在实际工作过程中,由于平台稳定性、旋转机构控制精度、敏感器安装误差、加速度计标度因数匹配性以及其他噪声源的存在,对高精度重力梯度测量构成严峻挑战。在诸多影响因素中,加速度计标度因数的不一致性对测量精度影响最大。本文提出一种旋转加速度计重力梯度仪加速度计标度因数实时反馈调整方法,旨在提高获取重力梯度信号的能力。该方法首先对相对两只加速度计的和输出信号以及重力梯度仪总输出信号分别进行带通滤波,然后对滤波器输出信号中含有加速度计标度因数不平衡信息信号进行幅值解调,对三组解调结果分别进行平滑处理,采用模糊PID控制算法实时反馈调整加速度计内部的电磁线圈力矩,达到调整加速度计标度因数的目的。实验测试分析表明,采用模糊PID反馈调整算法可以快速实现四只加速度计标度因数一致,相对两只加速度计标度因数调整量级可以达到10?7,两对加速度计标度因数的调整量级可以达到10?5,提高了获取重力梯度信息的能力。     

Dynamic output feedback control for nonlinear networked control systems with a two-terminal event-triggered mechanism

Nonlinear Dynamics - This paper is mainly concerned with the stabilization problem for nonlinear networked control systems (NCSs) with a two-terminal event-triggered mechanism. Firstly,...